冷冻干燥机适用于在室温、冷藏、冷冻等长时间保存样品时，由于样品中水分的影响而无法防止变质的物质。
如果密封的话，冻干样品可以在室温下长期保存。此外，存储期间维护设备的成本低于其他存储方法。
具体用途如下。
冻干食品是通过冷冻干燥方法生产的产品。除了速溶咖啡和味噌汤外，还有太空食品和应急食品。优点是可以长期保存，干燥轻质，适合运输，风味不易改变。
由于无需加热即可粉化，因此用于制造热敏蛋白制剂、酶制剂等注射剂。还进行了使用冷冻干燥机保存动物精子的研究。